半导体装置以及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

具备：绝缘基板(1)，陶瓷基材(1b)和冷却用翼片(1a)成为一体；板状的布线部件(5)；以及半导体元件(3a)，一面经由芯片下焊料(4)接合到绝缘基板(1)的陶瓷基材(1b)侧，另一面以使多个板状的布线部件(5)分别对应的方式经由芯片上焊料(6)接合到多个板状的布线部件(5)，芯片下焊料(4)以及芯片上焊料(6)都包含0.3wt％以上且3wt％以下Ag、包含0.5wt％以上且1wt％以下Cu、以Sn为主成分，不会损害散热性而实现小型化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置以及半导体装置的制造方法
本申请涉及在芯片上焊接板状的布线部件的构造的半导体装置以及半导体装置的制造方法。
技术介绍
在电力用半导体装置中，通过向与冷却用的翼片成为一体的绝缘基板直接焊接芯片，降低热阻。另外，通过设为对芯片上的布线并非线键合而是焊接引线的构造，实现模块的小型化。在专利文献1中，公开了如下的模块：通过在与冷却用的翼片成为一体的绝缘基板搭载芯片，相比于使基板和翼片隔着润滑脂接触，能够降低热阻，能够实现小型化。另外，在专利文献1以及专利文献2中，公开了如下的模块：通过将芯片上的布线设为焊接板状的布线部件的构造，相比于线键合的情况，能够提高电流密度，能够实现小型化。另外，在专利文献2以及专利文献3中，公开了如下的模块：在芯片和基板、芯片和引线的接合中使用Sn-Ag-Cu系焊料。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第6065973号公报(段落0012～0015、图1)专利文献2：日本特开2007-157863号公报(段落0012～0013、图1)专利文献3：日本特许2005-183568号公报(段落0008、图1)
技术实现思路
在使用上述专利文献1至专利文献3的构造的情况下，在将芯片焊接到绝缘基板时，由于有冷却用的翼片而热容量变大，由于有翼片而与冷却板的接触面积变小，所以相比于平板的情况，冷却速度降低，有时在芯片和与冷却用的翼片成为一体的绝缘基板之间的焊料中产生如缩孔那样的空隙，在存在空隙时，存在散热性受到损害这样的问题。本申请是为了解决如上述那样的课题而完成的，其目的在于得到不会损害散热性而能够实现小型化的半导体装置以及半导体装置的制造方法。本申请公开的半导体装置的特征在于，具备：基板，绝缘部件和冷却用翼片成为一体；板状布线部件；以及半导体元件，背面侧经由第一焊料接合到所述基板的绝缘部件的布线图案侧，表面侧以与所述板状布线部件对应的方式经由第二焊料接合到所述板状布线部件，所述第一焊料包含0.3wt％以上且3wt％以下Ag、包含0.5wt％以上且1wt％以下Cu、以Sn为主成分。本申请公开的半导体装置的制造方法的特征在于，包括：经由第一焊料通过第一回流焊接合半导体元件的背面侧与绝缘部件和冷却用翼片成为一体的基板的所述绝缘部件的布线图案侧的工序；以及以使板状布线部件与所述半导体元件对应的方式，经由第二焊料通过第二回流焊接合所述半导体元件的表面侧和所述板状布线部件的工序，所述第一焊料包含0.3wt％以上且3wt％以下Ag、包含0.5wt％以上且1wt％以下Cu、以Sn为主成分。另外，本申请公开的半导体装置的制造方法的特征在于，包括：经由第一焊料通过第一回流焊接合形成于半导体元件的背面侧的金属膜与设置于绝缘部件和冷却用翼片成为一体的基板的所述绝缘部件的布线图案侧的金属膜的工序；以及以使所述板状布线部件与所述半导体元件对应的方式，经由第二焊料通过第二回流焊接合形成于所述半导体元件的表面侧的金属膜和板状布线部件的工序，在经由所述第一焊料接合的工序中，作为所述第一焊料，使用包含0.5wt％以上且1wt％以下Cu、以Sn为主成分的焊料，通过将形成于所述半导体元件的背面侧的金属膜和在所述基板的绝缘部件的布线图案侧设置的电极图案表面侧的金属膜的至少任一方设为Ag制，通过第一回流焊将所述第一焊料设为包含0.3wt％以上且3wt％以下Ag、包含0.5wt％以上且1wt％以下Cu、以Sn为主成分的焊料。另外，本申请公开的半导体装置的制造方法的特征在于，包括：经由第一焊料通过第一回流焊接合形成于半导体元件的背面侧的金属膜与在绝缘部件和冷却用翼片成为一体的基板的绝缘部件的布线图案侧设置的电极图案表面侧的金属膜的工序；以及以使所述板状布线部件与所述半导体元件对应的方式，经由第二焊料通过第二回流焊接合形成于所述半导体元件的表面侧的金属膜和板状布线部件的工序，在经由所述第一焊料接合的工序中，作为所述第一焊料，使用包含0.3wt％以上且3wt％以下Ag、以Sn为主成分的焊料，通过将形成于所述半导体元件的背面侧的金属膜和在所述基板的绝缘部件的布线图案侧设置的电极图案表面侧的金属膜的至少任一方设为Cu制，通过第一回流焊将所述第一焊料设为包含0.3wt％以上且3wt％以下Ag、包含0.5wt％以上且1wt％以下Cu、以Sn为主成分的焊料。根据本申请，通过在半导体元件的接合中使用包含0.3wt％以上且3wt％以下Ag、包含0.5wt％以上且1wt％以下Cu、以Sn为主成分的焊料，能够抑制缩孔，能够不损害散热性而实现小型化。附图说明图1是示出实施方式1所涉及的半导体装置的主要部分的结构的俯视示意图。图2是示出实施方式1所涉及的半导体装置的主要部分的结构的剖面示意图。图3是示出实施方式1所涉及的半导体装置中的芯片的结构的剖面示意图。图4是示出以往的半导体装置中的焊料中的缩孔的状态的俯视示意图。图5是用于说明在实施方式1所涉及的半导体装置中使用的焊料的组成的根据的图。图6是示出使用在实施方式1所涉及的半导体装置中使用的焊料的组成以外的焊料组成时的状态的流程图。图7是示出使用在实施方式1所涉及的半导体装置中使用的焊料的组成以外的焊料组成时的状态的流程图。图8是示出使用在实施方式1所涉及的半导体装置中使用的焊料的组成以外的焊料组成时的状态的流程图。图9是示出使用在实施方式1所涉及的半导体装置中使用的焊料的组成以外的焊料组成时的状态的流程图。图10是示出用于说明使用在实施方式1所涉及的半导体装置中使用的焊料的组成以外的焊料组成的情况的状态的Cu浓度和合金层的厚度的关系的图。图11是用于说明在实施方式1所涉及的半导体装置中使用的焊料的组成的Sn-Cu焊料的二元状态图。图12是示出用于说明在实施方式1所涉及的半导体装置中使用的焊料的组成的镀Ni的维氏硬度和温度的关系的图。图13是用于说明在实施方式1所涉及的半导体装置中使用的焊料的组成的Sn-Ag-Cu焊料的三元状态图。图14是用于说明实施方式1所涉及的半导体装置中的焊料中的基于Ag的浓度的缩孔的状态的图。图15是用于说明实施方式1所涉及的半导体装置中的金属膜中的基于Ag的浓度的主形变的状态的图。图16是示出实施方式1所涉及的半导体装置的制造工序的剖面示意图。图17是示出实施方式1所涉及的半导体装置的主要部分的其他结构的俯视示意图以及剖面示意图。图18是示出实施方式1所涉及的半导体装置的主要部分的其他结构的俯视示意图以及剖面示意图。图19是示出实施方式3所涉及的半导体装置的主要部分的结构的俯视示意图。图20是示出实施方式3所涉及的半导体装置的主要部分的结构的剖面示意图。(符号说明)1：绝缘基板；1a：冷却用翼片；1b：陶瓷基材；1c：电极图案；1d：金属膜；2：隔件；3：芯片；3a：半导体元件；3b、3c、3d：金属膜；4：芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其特征在于，具备：/n基板，绝缘部件和冷却用翼片成为一体；/n板状布线部件；以及/n半导体元件，背面侧经由第一焊料接合到所述基板的绝缘部件的布线图案侧，表面侧以与所述板状布线部件对应的方式经由第二焊料接合到所述板状布线部件，/n所述第一焊料包含0.3wt％以上且3wt％以下Ag、包含0.5wt％以上且1wt％以下Cu、以Sn为主成分。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171213 JP 2017-2382901.一种半导体装置，其特征在于，具备：
基板，绝缘部件和冷却用翼片成为一体；
板状布线部件；以及
半导体元件，背面侧经由第一焊料接合到所述基板的绝缘部件的布线图案侧，表面侧以与所述板状布线部件对应的方式经由第二焊料接合到所述板状布线部件，
所述第一焊料包含0.3wt％以上且3wt％以下Ag、包含0.5wt％以上且1wt％以下Cu、以Sn为主成分。


2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述第二焊料包含0.3wt％以上且3wt％以下Ag、包含0.5wt％以上且1wt％以下Cu、以Sn为主成分。


3.根据权利要求1或者2所述的半导体装置，其特征在于，
所述基板具备设置于所述绝缘部件的布线图案侧、与所述半导体元件的背面侧经由所述第一焊料接合的金属膜，所述半导体元件在背面侧具备与所述绝缘部件侧经由所述第一焊料接合的金属膜，设置于所述半导体元件的背面侧的金属膜和设置于所述基板的所述布线图案侧的金属膜的至少任一方是Ag制或者Cu制。


4.根据权利要求2或者3所述的半导体装置，其特征在于，
在所述半导体元件的表面侧具备与所述板状布线部件经由所述第二焊料接合的金属膜，设置于所述半导体元件的表面侧的金属膜是Ag制或者Cu制。


5.根据权利要求1或者2所述的半导体装置，其特征在于，
在所述半导体元件的背面侧设置有Al制的金属膜的情况下，所述第一焊料包含0.3wt％以上且2wt％以下Ag、包含0.5wt％以上1wt％以下Cu、以Sn为主成分。


6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，
在所述半导体元件的表面侧设置有Al制的金属膜的情况下，所述第二焊料包含0.3wt％以上且2wt％以下Ag、包含0.5wt％以上且1wt％以下Cu、以Sn为主成分。


7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述基板和所述半导体元件夹着隔件接合。


8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，
具有多个所述半导体元件以及具有多个与多个所述半导体元件对应的板状布线部件，作为所述多个布线部件的第一板状布线部件和第二板状布线部件通过包含树脂的连接部件连接。


9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，
在所述基板中，所述绝缘部件和所述冷却用翼片通过铸造一体化。


10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，
在所述基板中，所述绝缘部件和所述冷却用翼片通过钎焊一体化。


11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述半导体元件由宽带隙半导体材料形成，所述宽带隙半导体材料是碳化硅、氮化镓系材料以及金刚石中的任意材料。


12.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：
经由第一焊料通过第一回流焊接合半导体元件的背面侧与绝缘部件和冷却用翼片成为一体的基板的所述绝缘部件的布线图案侧的工序；以及
以使所述板状布线部件与所述半导体元件对应的方式，经由第二焊料通过第二回流焊接合所述半导体元件的表面侧和板状布线部件的工序，
所述第一焊料包含0.3wt％以上且3wt％以下Ag、包含0.5wt％以上且1wt％以下Cu、以Sn为主成分。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川翔平，藤野纯司，石川悟，重本拓巳，石山祐介，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP